[发明专利]一种控制地下煤自燃并开发利用的方法

说明书

本发明属于地下资源开发利用技术领域，涉及一种控制地下煤自燃并开发利用的方法。在勘察清楚地下煤炭自燃及地质情况后，将该自燃区域分为若干区块；在每一区块向地下自燃区域打钻孔组成生产井；用引风机通过生产井抽采地下煤炭燃烧的高温烟气到地面，并在地下燃烧区域形成一定负压；将生产井附近一定范围的地面进行封堵，迫使空气从封堵区域外围进入地下参与燃烧，控制燃烧床的体积；抽到地面的高温烟气用换热器将热能换来发电或供热，并集中处理烟气。也可以人为向地下燃烧区域输送水及其他原料，调整高温烟气的碳氢比，生产合格的合成气抽到地面进行化工生产。本发明工艺简单、资源综合利用、治理污染、经济和社会效益好，可产业化开发。

技术领域

本发明属于地下资源开发利用技术领域，具体涉及一种控制地下煤自燃并开发利用的方法。

背景技术

煤炭作为我国主要的一次能源，储量丰富，分布广，然而，暴露在空气中的煤，由于氧化放热导致温度逐渐升高，至70～80℃以后温度升高速度骤然加快，当达到煤的着火点时，引起燃烧，这种现象称为煤层自燃。有的煤层由于含硫量比较高，且上面覆盖层气密性又不好时，容易造成煤层自燃；特别是煤矿开采过程中排出的矸石堆积成山，比较松散，容易进入空气而使煤炭自燃。

长期以来，我国新疆的地下煤层和各地煤矿的矸石山常出现自燃现象(以下简称：地火)，几十年甚至上百年生生不息，地火不灭，既浪费资源，又造成空气污染。人们都是用地面复土隔氧加向地下注水注惰性气体的方法灭火，国家每年都要花很多资金组织专门的机构和人员进行灭火，但一直收效甚微，污染严重，大量浪费资源。地火利用一直没有合适的方法和技术，地火资源利用技术长期为空白。

因此，对于地火，应该改封堵为疏导利用，趋利避害，将收集到的火场高温烟气换热利用后，集中加以环保处理排放；也可以人为对燃烧床进行干预，加入水等其他辅助材料调节烟气的碳、氢组分的比例生产合成气，抽到地面进行化工生产。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种控制地下煤自燃并开发利用的方法。

本发明提供的是一种区域性立体式的地火燃烧控制及高温烟气收集利用方法。

本发明所指区域性是指在水平投影层面上将火场进行规划让地火分区块进行可控燃烧。所指立体式则是在规划的地火燃烧区域垂直方向有序控制从地面深入到地下参与燃烧的空气，从而使地火在人为控制下有序燃烧，通过生产井抽取燃烧高温烟气到地面，用换热的方式将余热用来发电或供城市用热；或是直接将高温烟气作为合成气送到化工厂生产化工产品。

本发明的核心在于通过地质勘探和地温检测，解读清楚地火的分布和该区域的地质情况，根据地表地形、地质结构、地火状况等因素合理将地火区域进行区块划分(重点考虑地火位置以及深度、有无塌陷危险、无法灭火的区域、煤层结构等)；在每一区块合适地点往地火方向打一个或多个钻孔组成生产井，钻孔用前端为筛管的套管完井，以便高温烟气经筛管从中套管抽出；并以生产井为中心用封堵材料将地面进行封堵，封堵形状和面积根据实际情况决定，阻止空气从封堵区域深入地下，迫使空气从封堵区域外围的地表裂隙渗入地下。必要时可以人为打钻孔造缝，控制进气方位和进气量，御制远方地表的裂隙进气量，从而控制本区块燃烧速度和范围。由此，在引风机的抽吸作用(用高温闸阀配合调节抽采流量和压力)下将地火所产生的高温烟气经筛管从套管抽到地面，形成空气从远端地表进入地下参与地火燃烧，然后集中抽取高温烟气的稳定可控的地下燃烧床。高温烟气含有一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气、二氧化硫、碳氢化合物以及少量水蒸气等。抽采到地面的高温烟气主要有两种用途：一是抽采高温烟气直接换热，实现热能销售或是将高温烟气的热能用于余热发电并将烟气进行环保处理，实现污染治理的目的；二是对地火的燃烧床进行人为干预，向燃烧床注入水或水蒸气等辅助材料，调整高温烟气的组分达到化工合成气的要求，抽采到地面进行化工生产，可实现化工产业化。

具体步骤为：